[发明专利]一种叶片具有取向的分级结构活性氧化铝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种叶片具有取向的分级结构活性氧化铝及其制备方法。

背景技术

分级结构材料是由纳米尺度粒子通过自组装或定向生长形成次级结构单元，再通过一定作用形成特殊有序结构的微米或以上尺度的材料。分级结构材料由于具有纳米尺度的粒子初级结构和微米或以上尺度的颗粒整体结构，使得材料在保持原有的纳米特性外，还具备结构有序、性能可控等优点，并克服了纳米材料回收困难的缺点，因此近年来，研究和制备分级结构材料尤其是分级结构金属氧化物的热情越来越高，这些材料在吸附、催化、能源、环境、医药和生物技术等领域的应用也越来越广泛。

分级结构氧化铝是一类由纳米氧化铝粒子规则堆积形成的具有微米尺度的粉末颗粒材料，能够将粉末氧化铝的一般性能和纳米尺度的特殊性能结合起来，因此，人们对分级结构氧化铝的制备较为关注，并已合成出多种结构形状，簇状分级结构氧化铝是其中的一种，其次级结构单元的一端绕空间某点或沿空间某线聚集，结构开放，因而能大大提高氧化铝的表面利用率。近些年来，人们采用多种方法成功合成了簇状分级结构氧化铝，如Cai等【J.Mater.Chem.,2010,20:4587-4594】采用均相水热法合成出了簇状分级结构氧化铝；Kim等【Top Catal.,2010,53:535-542】采用异丙醇铝在水热条件下的自水解过程合成出了簇状分级结构氧化铝；Liang等【Cryst.Res.Technol.,2010,45:195-198】采用水热处理氢氧化铝浆料的方法合成出了簇状分级结构氧化铝；Wei等【Nanotechnol.,2007,18:No.255605】采用硼酸铝纳米棒为硬模板合成出了簇状分级结构氧化铝。

虽然目前在分级结构氧化铝的形态合成上取得了一定的成就，但是对次级结构单元的调变却很少研究。由于氧化铝纳米微晶的晶面在堆积形成微米尺度粉末材料时通常是无序的，各个晶面呈现等概率分布，使得其表面性质均质化，表现为多晶态的各向同性。

大量研究与实践表明，具有晶面取向的材料往往具有某些独特而优异的性能。例如，单晶硅材料在力学、光学、热学和电学性能等方面都比多晶硅优越。在陶瓷生产中，一般某个晶面取向度越高，陶瓷的强度也越好。就石墨本身而言，其在（002）面上的导电性、导热性、机械强度等性能也显著优于其他晶面方向，事实上，当碳材料仅由一层（002）面所构成时，即石墨烯，就成了目前世界上强度最高重量最轻的材料了。

因此，为了改变目前氧化铝特别是分级结构活性氧化铝的晶面难以获得取向性，材料的物理和化学性质单一的现状，本领域迫切需要提供具有晶面取向的分级结构活性氧化铝。

发明内容

本发明旨在提供次级结构单元为叶片的簇状分级结构活性氧化铝，其中的叶片具有取向性。

本发明还要提供叶片具有取向的簇状分级结构活性氧化铝的制备方法。

在本发明的第一方面，提供了一种活性氧化铝γ-Al₂O₃或θ-Al₂O₃，所述活性氧化铝具有簇状分级结构，并且其次级结构单元为具有晶面取向的叶片。

在另一优选例中，所述簇状分级结构活性氧化铝γ-Al₂O₃的叶片的晶面指数为（101）或（112）。

在另一优选例中，所述簇状分级结构活性氧化铝θ-Al₂O₃的叶片的晶面指数为（121）或（102）。

在本发明的第二方面，提供了一种如上所述的本发明提供的活性氧化铝γ-Al₂O₃的制备方法，所述的方法包括步骤：

（1）将硝酸铝、尿素和表面活性剂溶解于乙醇-水混合溶液中形成透明溶液；硝酸铝与尿素的摩尔比为1:4-1:20，优选1:5-1:15；硝酸铝与表面活性剂的摩尔比为4:1-100:1，优选5:1-80:1；乙醇与水的体积比为50:1-4:1，优选40:1-5:1；

（2）将步骤（1）得到的透明溶液快速升温至160-180℃，优选165-175℃，并保持4-24小时，优选6-12小时，得到叶片具有取向的簇状分级结构γ-AlOOH；和

（3）将步骤（2）中得到的分级结构γ-AlOOH在600-900℃，优选700-800℃煅烧4-24小时，得到如上所述的本发明提供的活性氧化铝γ-Al₂O₃。

在另一优选例中，所述的方法包括步骤：